Abstract Centromeres attach chromosomes to spindle microtubules during cell division and, despite this conserved role, show paradoxically rapid evolution and are typified by complex repeats. We used ultra-long-read sequencing to generate the Col-CEN Arabidopsis thaliana genome assembly that resolves all five centromeres. The centromeres consist of megabase-scale tandemly repeated satellite arrays, which support high CENH3 occupancy and are densely DNA methylated, with satellite variants private to each chromosome. CENH3 preferentially occupies satellites with least divergence and greatest higher-order repetition. The centromeres are invaded by ATHILA retrotransposons, which disrupt genetic and epigenetic organization of the centromeres. Crossover recombination is suppressed within the centromeres, yet low levels of meiotic DSBs occur that are regulated by DNA methylation. We propose that Arabidopsis centromeres are evolving via cycles of satellite homogenization and retrotransposon-driven diversification. One-sentence summary Long read sequencing and assembly of the Arabidopsis centromeres reveals their genetic and epigenetic topography.

Abstract Chloroplast biogenesis is dependent on master regulators from the GOLDEN2-LIKE (GLK) family of transcription factors, but glk mutants contain residual chlorophyll and therefore other proteins must also be involved. Here we identify MYB-related transcription factors as regulators of chloroplast biogenesis in the liverwort Marchantia polymorpha and angiosperm Arabidopsis thaliana . In both species, double mutant alleles in MYB-Related genes show very limited chloroplast development, and photosynthesis gene expression is perturbed to a greater extent than in mutants of GLK. In M. polymorpha MYB-related genes act upstream of GLK, while in A. thaliana this relationship has been rewired. In both species, genes encoding enzymes of chlorophyll biosynthesis are controlled by MYB-related and GLK proteins whilst those allowing CO 2 fixation, photorespiration and photosystem assembly and repair require the MYB-related proteins. Thus, MYB-related and GLK genes have overlapping as well as distinct targets. We conclude that together MYB-related and GLK transcription factors orchestrate chloroplast development in land plants.

Abstract Photosynthesis in eukaryotic cells takes place in specialised plastids. The regulation of plastid development is crucial for multicellular systems such as plants. Two families of transcription factors known as Golden2-like (GLK) and GATA regulate plant chloroplast development, and the miR171-targeted SCARECROW-LIKE (SCL) GRAS transcription factors regulate chlorophyll biosynthesis. The extent to which these proteins carry out conserved roles in non-seed plants such as the liverworts is not known. Here we determine the degree of functional conservation of the GLK, GATA and SCL proteins in controlling chloroplast development in the model liverwort Marchantia polymorpha . Our results indicate that GATA and SCL do not play a detectable role in chloroplast biogenesis but loss of GLK function leads to reduced chloroplast size, underdeveloped thylakoid membranes and lower chlorophyll accumulation. These findings suggest that the functioning of GATA and SCL in chloroplast development either evolved after the divergence of vascular plants from bryophytes, that both roles were secondarily lost in M. polymorpha , or that functional redundancy is masking their roles. In contrast, and consistent with its presence in algae, GLK plays a conserved role in chloroplast biogenesis of liverworts and vascular plants.